Η διαστημική ταξιδιωτική διαδρομή με τη χρήση παραδοσιακών πυραύλων είναι εξαιρετικά δύσκολη να πραγματοποιηθεί. Το καύσιμο που θα χρειαζόμασταν να μεταφέρουμε θα έκανε το διαστημόπλοιο μας απίστευτα βαρύ. Γι’ αυτό, μια εναλλακτική λύση είναι να ταξιδεύουμε ελαφριά – κυριολεκτικά. Αντί να φέρουμε καύσιμα μαζί μας, μπορούμε απλώς να συνδέσουμε το μικρό διαστημόπλοιο μας σε ένα μεγάλο πανί που αντανακλά το φως και να κατευθύνουμε ισχυρούς δέσμες λέιζερ πάνω του. Η θροΐδα των φωνονίων θα πιέσει το πανί, καθοδηγώντας το με ένα μικρό κλάσμα της ταχύτητας του φωτός. Με ένα τέτοιο ταξίδι πάνω σε μια δέσμη φωτός, μια αποστολή με διαστημικό πανί θα μπορούσε να φτάσει στην Proxima Centauri εντός ορισμένων δεκαετιών. Παρόλο που η ιδέα είναι απλή, αντιμετωπίζει σημαντικές μηχανικές προκλήσεις, καθώς ακόμη και το παραμικρότερο πρόβλημα μπορεί να είναι δύσκολο να λυθεί μέσα σε χρόνια και φωτοετή.
Ένα παράδειγμα των προβλημάτων που αντιμετωπίζει ένα ασθενές πανί φωτός συζητείται σε ένα πρόσφατα δημοσιευμένο επιστημονικό άρθρο. Αναλύει το πρόβλημα της ισορροπίας ενός πανιού φωτός πάνω σε μια δέσμη λέιζερ. Ενώ το λέιζερ θα μπορούσε να κατευθύνεται απευθείας προς τον αστέρα ή την προβλεπόμενη θέση του σε μερικές δεκαετίες, το πανί φωτός θα ακολουθήσει την δέσμη μόνο αν είναι τέλεια ισορροπημένο. Αν το πανί είναι ελαφρώς κλισμένο σε σχέση με τη δέσμη, ο ανακλώμενος λέιζερ φως θα δώσει μια ελαφρά οριζόντια κίνηση. Οποιαδήποτε κινητική απόκλιση και αν είναι μικρή, θα αυξηθεί με τον χρόνο, προκαλώντας απόκλιση από την επιθυμητή διαδρομή. Καθώς δεν μπορούμε να ισορροπήσουμε το πανί φωτός τέλεια, χρειάζεται να βρούμε έναν τρόπο να διορθώσουμε αυτές τις μικρές αποκλίσεις.
Στην περίπτωση των παραδοσιακών πυραύλων, αυτό είναι δυνατό χάρη στους εσωτερικούς γυροσκόπιους που σταθεροποιούν τον πύραυλο και στους κινητήρες που ρυθμίζουν δυναμικά τη θροΐδα τους για να αποκαταστήσουν την ισορροπία. Ωστόσο, ένα σύστημα γυροσκόπιων θα ήταν πολύ βαρύ για ένα διαστημικό πανί φωτός, και οι προσαρμογές της δέσμης θα χρειαζόταν μήνες ή ακόμη και χρόνια για να φτάσουν στο πανί, αποτρέποντας γρήγορες διορθώσεις. Ως εκ τούτου, οι συγγραφείς του άρθρου προτείνουν τη χρήση του παραγώγου του αποτελέσματος Poynting-Robertson, βασισμένου στην ακτινοβολία.
Αυτό το αποτέλεσμα έχει μελετηθεί από τις αρχές του 20ου αιώνα και οφείλεται στη σχετική κίνηση ανάμεσα σε ένα αντικείμενο και μια πηγή φωτός. Για παράδειγμα, ένα σκόνος που κινείται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο βλέπει το φως με μια ελαφρά προς τα εμπρός γωνία λόγω της κίνησής του που προκαλείται από το φως του Ηλίου. Αυτή η μικρή μέρη του φωτός που κατευθύνεται προς τα εμπρός μπορεί να επιβραδύνει ελαφρά τον αστεροειδή, προκαλώντας την μετακίνηση της σκόνης προς την εσωτερική ηλιακή συστοιχία με τον χρόνο.
Στο άρθρο, οι συγγραφείς εξετάζουν ένα δισδιάστατο μοντέλο για να εξετάσουν πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί το αποτέλεσμα Poynting-Robertson για τη διατήρηση της διαδρομής του φωτός μας πανιού. Για να απλοποιήσουν τα πράγματα, υποθέτουν ότι η δέσμη φωτός είναι μια ευθεία μονοχρωματική επίπεδη κύμα. Οι πραγματικοί λέιζερ είναι πιο πολύπλοκοι, αλλά αυτή η υπόθεση είναι λογική για γνωστικούς σκοπούς. Έπειτα, αποδεικνύουν πώς ένα απλό σύστημα δύο πανιών μπορεί να χρησιμοποιήσει τα εφέ της σχετικής κίνησης για να διατηρήσει την ισορροπία του πλοίου. Όταν τα πανιά κλίνουν ελαφρώς, η δύναμη που λαμβάνουν από τη δέσμη αντικρούει αυτό. Έχουν, συνεπώς, αποδείξει ότι το συγκεκριμένο κονσεπτ έχει αποτελεσματικότητα.
Ωστόσο, οι συγγραφείς σημειώνουν ότι με την πάροδο του χρόνου αρχίζουν να παίζουν ρόλο τα σχετικιστικά εφέ. Προηγούμενες μελέτες έθεταν τη Δοπλερική ως αποτέλεσμα της σχετικής κίνησης, αλλά αυτή η μελέτη έδειξε ότι και η σχετιστική εκδοχή της χρωματικής απόκλισης παίζει σημαντικό ρόλο. Οι πλήρεις σχετιστικές επιδράσεις θα πρέπει να ληφθούν υπόψη σε ένα ρεαλιστικό εγχείρημα, απαιτώντας προηγμένο μοντελοποίηση και οπτική.
Ένα πανί φωτός φαίνεται ακόμη να είναι ένας πιθανός τρόπος για να φτάσουμε στα άστρα. Απλώς πρέπει να είμαστε προσεκτικοί και να μην υποτιμούμε τις μηχανικές δυσκολίες.
Συνήθεις Ερωτήσεις:
1. Ποιες είναι οι προκλήσεις του διαστημικού ταξιδιού με τη χρήση παραδοσιακών πυραύλων;
Απάντηση: Το καύσιμο που απαιτείται για ένα τέτοιο ταξίδι είναι πολύ βαρύ, γεγονός που δυσκολεύει την υλοποίησή του.
2. Πώς μπορεί να φαίνεται μια εναλλακτική προσέγγιση στο διαστημικό ταξίδι;
Απάντηση: Αντί να μεταφέρουμε καύσιμο, μπορούμε να συνδέσουμε ένα μικρό διαστημόπλοιο με ένα πανί φωτός που κινείται με ένα ισχυρό λέιζερ.
3. Πώς μπορεί να διατηρηθεί η διαδρομή ενός πανιού φωτός;
Απάντηση: Η διατήρηση της ισορροπίας ενός πανιού σε μια δέσμη λέιζερ είναι προκλητική, αλλά το αποτέλεσμα Poynting-Robertson, βασισμένο στην ακτινοβολία, μπορεί να χρησιμοποιηθεί.
4. Τι είναι το αποτέλεσμα Poynting-Robertson;
Απάντηση: Είναι ένα αποτέλεσμα όπου η σχετική κίνηση μεταξύ ενός αντικειμένου και μιας πηγής φωτός προκαλεί μια ελαφρά καθυστέρηση στην κίνηση του αντικειμένου.
5. Πώς μπορεί το αποτέλεσμα Poynting-Robertson να χρησιμοποιηθεί για τη διατήρηση της διαδρομής ενός πανιού φωτός;
Απάντηση: Με την κατάλληλη ισορροπία των πανιών, είναι δυνατή η χρήση των εφέ της σχετικής κίνησης για να διατηρηθεί η ισορροπία του πλοίου.
6. Ποια άλλα εφέ μπορεί να επηρεάσουν το ταξίδι ενός πανιού φωτός;
Απάντηση: Με την πάροδο του χρόνου, αρχίζουν να παίζουν ρόλο σχετιστικά εφέ, τα οποία θα πρέπει να ληφθούν υπόψη σε ένα ρεαλιστικό εγχείρημα.
7. Είναι ένα πανί φωτός ακόμη ένας πιθανός τρόπος για να φτάσουμε στα άστρα;
Απάντηση: Ναι, αλλά πρέπει να λάβουμε υπόψη τις μηχανικές δυσκολίες και να προσέχουμε τις κατάλληλες προφυλάξεις.
The source of the article is from the blog newyorkpostgazette.com